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1、第四章 机械加工质量分 析与控制1机 械 加 工 质 量 分 析 与 控 制l机器（或机械产品）质量是由零件的加工质量和机器的装配质量 两方面保证的。 l零件的加工质量是由零件的机械加工精度和加工表面质 量决定的。 l它们之间的关系如下：2机 械 加 工 质 量 分 析 与 控 制3第 一 节 机 械 加 工 精 度 概 述第一节 机械加工精度概述一、机械加工精度的基本概念 机械加工精度 是指零件加工后的实际几何参数（尺寸 、形状和相互位置）与理想几何参数相 符合的程度。 符合的程度越高，则加工精度越高。 其中上述理想几何参数是指图纸规定的理想 零件的几何参数，即形状误差为零，位置误 差为零，
2、尺寸为零件尺寸公差带中心（平均 值）。4机 械 加 工 精 度 概 述加工误差 是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状 和位置）对理想几何参数的偏差。 通常用加工误差的数值表示加工精度高低。 加工误差越小，加工精度越高；反之，加工精度越 低。 l保证和提高加工精度的问题，实际上就是 控制和减少加工误差的问题。 零件的加工精度包含三方面的内容 尺寸精度 形状精度 位置精度等5机 械 加 工 精 度 概 述l尺寸精度：机械加工后零件的直径、长度和表面间 距离等尺寸的实际值与理想值的接近程 度。 l形状精度：机械加工后零件几何图形的实际形状与 理想形状的接近程度。 l位置精度：机械加工后零件几何图
3、形的实际位置与 理想位置的接近程度。6机 械 加 工 精 度 概 述l公差：加工过程中有很多因素影响加工精度。 实际加工不可能把零件做得与理想零件 完全一致，总会产生大小不同的偏差。从保证产品的使用性能分析，也没有必 要把每个零件都加工得绝对精确,而只要 求它在某一规定的范围内变动，这个允 许变动的范围，就是公差。 l制造者的任务就是要使加工误差小于 图样上规定的公差。7机 械 加 工 精 度 概 述l尺寸、形状和位置精度间的关系 独立原则是处理形位公差和尺寸公差关系的 基本原则，即尺寸精度和形位精度按照使用要求分别 满足； 在一般情况下，尺寸精度高，其形状和 位置精度也高； 通常，零件的形状
4、误差约占相应尺寸公 差的3050； 位置误差约为尺寸公差的6585。 尺寸公差位置误差形状误差8机 械 加 工 精 度 概 述l经济加工精度 是指在正常加工条件下 （采用符合质量标准的 设备、工艺装备和标准 技术等级的工人，不延 长加工时间）所能达到 的加工精度。 每种加工方法在不同的工作 条件下，所能达到的加工精 度会有所不同。l曲线AB段的加工精度 区间若能满足技术要求 ，又不需花费过高的成 本，属经济加工精度范 围。9研 究 加 工 精 度 的 目 的 和 方 法二、研究加工精度的目的和方法研究加工精度的目的找出影响零件机械加工精度的因素，即 工艺系统的原始始差；弄清各种原始误差对加工精
5、度的影响规 律，从而掌握控制加工误差的方法；寻找提高零件机械加工精度的途径。10研 究 加 工 精 度 的 目 的 和 方 法研究加工精度的方法 分析计算法(因素分析法) 是在掌握各种原始误差对加工精度影响规律 的基础上，分析工件加工中所出现的误差可 能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的 ，并找出原始误差与加工误差之间的影响关 系，通过估算来确定工件加工误差的大小， 再通过试验测试来加以验证。统计分析法 是对具体加工条件下得到的几何参数进行实 际测量，然后运用数理统计学方法对这些测 试数据进行分析处理，找出工件加工误差的 规律和性质，进而控制加工质量。11研 究 加 工 精 度 的 目 的
6、和 方 法l上述两种方法在生产实际中往往结合 起来应用一般先用统计分析法找出误差的出现规 律，判断产生加工误差的可能原因，然后运用分析计算法进行分析、试验， 以便迅速有效地找出影响加工精度的关 键因素。12获 得 尺 寸 精 度 的 方 法三、获得加工精度的方法1. 获得尺寸精度的方法（1）试切法 通过试切测量调整再试切，反复 进行直到被加工尺寸达到要求为止的加工方法 称为试切法。 加工精度主要取决于工人的技术水平和计量器具的 精度。试切法的生产效率低，它不需要复杂的装置。常用于单件小批量生产，特别是新产品试制中。13试 切 法试切法14获 得 尺 寸 精 度 的 方 法（2）调整法按工件预先
7、规定的尺寸调整好机床、刀 具、夹具和工件之间的的相对位置，并 在一批工件的加工过程中保持这个位置 不变，以保证获得一定尺寸精度的方法 称为调整法。 影响调整法精度的主要因素有：测量精度、 调整精度、重复定位精度等。 调整法有较高的生产率。 常用于成批生产和大量生产中。15调 整 法调整法16获 得 尺 寸 精 度 的 方 法（3）定尺寸刀具法用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部 位尺寸精度的方法称为定尺寸刀具法。 影响尺寸精度的主要因素有刀具的尺寸精度 、刀具与工件的位置精度等。 定尺寸刀具法操作简便，生产效率高，加工 精度也较稳定。 应用于各种生产类型。17获 得 尺 寸 精 度 的 方 法（
8、4）自动控制法用测量装置、进给装置和控制系统组成 一个自动加工系统，加工过程中的测量 、补偿调整、切削等一系列工作依靠控 制系统自动完成。 基于程控和数控机床的自动控制法加工，其 质量稳定，生产率高，加工柔性好。 能适应多品种生产，是目前机械制造的发展 方向和计算机辅助制造（CAM）的基础。18自 动 控 制 法自动控制法19获 得 形 状 精 度 的 方 法2. 获得形状精度的方法（1）轨迹法利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被 加工表面形状精度的方法称为轨迹法。 刀尖的运动轨迹取决于刀具和工件的相对成 形运动，因而所获得的形状精度取决于成形 运动的精度。 普通的车削、铣削、刨削、磨削均属于轨
9、迹 法。20获 得 形 状 精 度 的 方 法（2）仿形法刀具按照仿形装置进给对工件进行加工 的方法称为仿形法。 仿形法所获得的形状精度取决于仿形装置的 精度和其它成形运动精度。 仿形车、仿形铣等均属于仿形法加工。21获 得 形 状 精 度 的 方 法（3）成形法利用成形刀具对工件进行加工的方法称 为成形法。 成形刀具代替一个成形运动。所获得的形状 精度取决于刀具的形状精度和其它成形运动 精度。 如用成形刀具或砂轮的车、铣、刨、磨、拉 等均属于成形法。22获 得 形 状 精 度 的 方 法（4）展成法（范成法）利用工件和刀具作展成切削运动进行加 工的方法成为展成法。 被加工表面是工件和刀具作展
10、成切削运动过 程中所形成的包络面，刀刃形状必须是被加 工面的共扼曲线。 所获得的形状精度取决于刀具的形状精度和 展成运动精度。 如滚齿、插齿、磨齿、滚花键等均属于展成 法。23获 得 位 置 精 度 的 方 法3.获得位置精度的方法 工件的位置要求的保证取决于工件的装夹方法 及其精度。 （1）一次装夹获得法 一次装夹中，先后或同时加工有相对位置要求 的表面。 如轴的外圆与端面的垂直度要求，可在一次装夹中 先后车出外圆、端面，以保证外圆与端面的垂直度 要求。 （2）多次装夹获得法 在多次装夹中利用定位基准来保证各表面的相 对位置要求。 如阶梯轴的加工，为了保证同轴度要求，可用两端 面中心孔作为统
11、一的定位基准。 24获 得 位 置 精 度 的 方 法工件的装夹方式 （1）直接找正装夹 将工件直接放在机床上，用划针、百分 表和直角尺或通过目测直接找正工件在 机床上的正确位置之后再夹紧。 此法的生产效率缴低，对工人技术水平要求 高。 一般用于单件小批量生产中。25获 得 位 置 精 度 的 方 法（2）划线找正装夹工件在切削加工前，预先在毛坯表面上 划出加工表面的轮廓线，然后按所划的 线将工件在机床上找正（定位）再夹紧 。 划线找正既费时，需技术水平高的划线工， 定位精度较低。 划线找正装夹只用于批量不大、形状复杂而 笨重的工件，或毛坯尺寸公差很大而无法采 用夹具装夹的工件。26获 得 位
12、 置 精 度 的 方 法（3）用夹具装夹夹具是用于装夹工件的工艺装备（或装 置）。夹具固定在机床上，工件在夹具 上定位、夹紧以后便获得了相对刀具的 正确位置。 工件定位方便，定位精度高而稳定。 生产率高，广泛用于大批和大量生产中。 27机 械 加 工 过 程 中 的 原 始 误 差四、 机械加工过程中的原始误差 l工艺系统 机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系 统。 零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和 工件组成的工艺系统中进行的。 l原始误差 由机床、夹具、刀具和工件组成的机械 加工工艺系统的误差是工件产生加工误 差的根源。我们把工艺系统的各种误差 称之为原始误差。 28机 械 加 工 过
13、程 中 的 原 始 误 差活塞销孔精镗工序中的各种原始误差29机 械 加 工 过 程 中 的 原 始 误 差l原始误差分为与工艺系统原始状态有关的原始误差（ 工艺系统静误差） 若原始误差是在加工前已存在，即在无切削 负荷的情况下检验的，称为工艺系统静误差 ；与工艺过程有关的原始误差（工艺系统 动误差） 若在有切削负荷情况下产生的则称为工艺系 统动误差。 l原始误差的分类归纳如下30原始 误差与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (静误差)与工艺过程有关的 原始误差(动误差)原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形 刀具磨损 测量误差 工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下 的误差工件相对于 刀具运动状 态下的误差主轴回转误差 导轨导向误差 传动误差原始误差构成机 械 加 工 过 程 中 的 原 始 误 差31小 结 加工精度 尺寸精度 形状精度 位置精度 加工误差 与理想零件的偏离 加工精度的另一描述 工艺系统机床 刀具 夹具 工件 原始误差工艺系统的误差 产生加工误差的根源 包括工艺系统静误差、动误差 研究加工精度方法研究加工精度方法分析计算法 统计分析法32
